DE102013226091A1 - Cylinder drum of a hydrostatic axial piston machine with a wear protection layer - Google Patents

Cylinder drum of a hydrostatic axial piston machine with a wear protection layer Download PDF

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Abstract

Offenbart ist eine Zylindertrommel einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine, wobei in der Zylindertrommel mehrere Zylinderbohrungen eingebracht sind, in denen jeweils ein Kolben verschleißintensiv bewegt wird. Die Zylinderbohrungen der Zylindertrommel sind zur Verschleißminimierung im Salzbad oder im Gas nitrocarburiert, wobei eine dünne gleichmäßige Verbindungsschicht mit einer Dicke von 4 bis 16 μm und eine vergleichsweise dicke darunter liegende Diffusionsschicht vorgesehen sind.Disclosed is a cylinder drum of a hydrostatic axial piston machine, wherein in the cylinder drum a plurality of cylinder bores are introduced, in each of which a piston is moved wear-intensive. The cylinder bores of the cylindrical drum are nitrocarburized to minimize wear in the salt bath or in the gas, wherein a thin uniform compound layer with a thickness of 4 to 16 microns and a comparatively thick underlying diffusion layer are provided.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydrostatische Axialkolbenmaschine mit einer Zylindertrommel, die eine Gleitfläche hat und somit mit einem anderen Bauteil ein Gleitpaar bilden. The invention relates to a hydrostatic axial piston machine with a cylindrical drum, which has a sliding surface and thus form a sliding pair with another component.

Bei Axialkolbenmaschinen dreht sich eine Zylindertrommel relativ zu einer ruhenden scheibenförmige Steuer- beziehungsweise Verteilerplatte. In der Zylindertrommel sind Zylinder(bohrungen) ausgebildet, in denen Kolben eine Hubbewegung entlang einer Hubrichtung ausführen, die axial zur Drehachse der Zylindertrommel gerichtet ist. Bei der Schrägachsbauweise ist eine Triebwelle, an die die Koben gekoppelt sind, schräg zu dieser Hubrichtung angestellt. Bei Schrägscheibenbauweise ist eine Schrägscheibe, an die die Koben gekoppelt sind, schräg zu dieser Hubrichtung angestellt. Über die Verteilerplatte werden die Zylinder abwechselnd mit einer Hochdruck- und einer Niederdruckseite der Maschine verbunden. Dabei bilden zum Beispiel die Zylindertrommel und die darin geführten Kolben ein Gleitpaar im Sinne der vorliegenden Schrift. In axial piston machines, a cylindrical drum rotates relative to a stationary disk-shaped control or distributor plate. In the cylinder drum cylinders (holes) are formed in which piston perform a lifting movement along a stroke direction, which is directed axially to the axis of rotation of the cylinder drum. When Schrägachsbauweise a drive shaft to which the Koben are coupled, employed obliquely to this stroke direction. In swash plate construction is a swash plate, to which the collars are coupled, employed obliquely to this stroke direction. Via the distributor plate, the cylinders are alternately connected to a high-pressure side and a low-pressure side of the machine. For example, the cylinder drum and the pistons guided therein form a sliding pair in the sense of the present document.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, die Bauteile von Gleitpaaren zu nitrocarburieren und so eine Verschleißschutzschicht zu erzeugen. Bei diesem Wärmebehandlungsverfahren wird die chemische Zusammensetzung der Randschicht verändert, so dass die Festigkeit erhöht wird und das Verschleißverhalten verbessert wird. Dabei ist es bekannt, im Gas oder im Salzbad zu nitrocarburieren. From the prior art it is known to nitrocarburize the components of sliding pairs and thus to produce a wear protection layer. In this heat treatment process, the chemical composition of the surface layer is changed, so that the strength is increased and the wear behavior is improved. It is known to nitrocarburize in gas or in a salt bath.

Die Druckschriften EP 1 122 330 B1 und EP 1 122 331 B1 offenbaren jeweils ein Verfahren zum Nitrocarburieren im Gas. The pamphlets EP 1 122 330 B1 and EP 1 122 331 B1 each disclose a process for nitrocarburizing in gas.

Die Druckschrift WO/0142528 A1 offenbart ein Verfahren zum Nitrocarburieren einer Einspritzdüse im Salzbad, bis eine Verbindungsschicht eine Dicke von bis zu 3 μm erreicht hat. Danach wird die Einspritzdüse in einem Gasnitirierverfahren weiter behandelt. Dabei wird das Ziel verfolgt, die Verbindungsschicht dünn zu halten beziehungsweise bei Gasnitrieren wieder zurückzubilden. The publication WO / 0142528 A1 discloses a method of nitrocarburizing an injector in the salt bath until a tie layer has reached a thickness of up to 3 microns. Thereafter, the injector is further treated in a gas nitriding process. The aim is to keep the connecting layer thin or to re-form it in gas nitriding.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Zylindertrommel einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine zu schaffen, die mit zumindest einem anderen Bauteil – insbesondere mit mehreren Kolben – eine Gleitpaarung bildet, und deren Verschleißschutzschicht auch bei hohen Systemdrücken und daraus resultierenden hohen Reibkräften langlebiger und ausfallsicherer sind, so dass die gesamte Axialkolbenmaschine eine hohe Lebensdauer aufweist. The object of the invention is to provide a cylinder drum of a hydrostatic axial piston machine, which forms at least one other component - in particular with several pistons - a sliding pair, and their wear protection layer are durable and fail-safe even at high system pressures and resulting high friction forces, so that the entire axial piston machine has a long service life.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Zylindertrommel mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. This object is achieved by a cylinder drum having the features of patent claim 1.

Die beanspruchte Zylindertrommel ist als Bauteil einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine geeignet und weist eine Verschleißschutzschicht auf. Erfindungsgemäß ist die Verschleißschutzschicht durch Nitrocarburieren in einem Salzbad oder durch Nitrocarburieren im Gas hergestellt und weist eine vergleichsweise dünne duktile Verbindungsschicht auf, deren Dicke z.B. 4 bis 16 μm beträgt. Damit erträgt die Zylindertrommel eine höhere Hertzsche Pressung im Vergleich zu Ausführungen mit einer Verschleißschutzschicht, die im herkömmlichen Nitrier- oder Nitrocarburierverfahren erzeugt wurde. Der abrasive und adhäsive Verschleißschutz bleiben dabei erhalten. Durch die geringen Maßänderungen ist bei geringen Toleranzen eine höhere Prozesssicherheit ermöglicht. The claimed cylinder drum is suitable as a component of a hydrostatic axial piston machine and has a wear protection layer. According to the invention, the wear protection layer is produced by nitrocarburizing in a salt bath or by nitrocarburizing in the gas and has a comparatively thin ductile bonding layer whose thickness is e.g. 4 to 16 microns. Thus, the cylinder drum tolerates a higher Hertzian pressure compared to versions with a wear protection layer, which was produced in the conventional nitriding or Nitrocarburierverfahren. The abrasive and adhesive wear protection is retained. Due to the small dimensional changes, higher process reliability is possible with low tolerances.

Gemäß einer Variante (a) ist die Verschleißschutzschicht durch Nitrocarburieren in einem Salzbad hergestellt und die Verbindungsschicht hat eine Dicke von 10 bis 16 μm. According to a variant (a), the wear protection layer is produced by nitrocarburizing in a salt bath and the bonding layer has a thickness of 10 to 16 μm.

Gemäß einer Variante (b) ist die Verschleißschutzschicht durch Gasnitrocarburieren hergestellt, und die Verbindungsschicht hat Dicke von 5 bis 12 μm. According to a variant (b), the wear protection layer is made by gas nitrocarburizing and the bonding layer has a thickness of 5 to 12 μm.

Gemäß einer Variante (c) ist die Verschleißschutzschicht durch Nitrocarburieren in einem Salzbad hergestellt, und die Verbindungsschicht hat eine Dicke von 4 bis 8 μm. According to a variant (c), the wear protection layer is produced by nitrocarburizing in a salt bath, and the bonding layer has a thickness of 4 to 8 μm.

Bei einem ersten Anwendungsfall ist die Zylindertrommel eine buchsenlose Schrägscheiben-Zylindertrommel. In a first application, the cylinder drum is a bushless swash plate cylinder drum.

Bei einem zweiten Anwendungsfall ist die Zylindertrommel eine Schrägachsen-Zylindertrommel. In a second application, the cylinder drum is a bent axis cylindrical drum.

Es wird besonders bevorzugt, wenn die Verschleißschutzschicht eine vergleichsweise dicke Diffusionsschicht aufweist. Zum Beispiel kann die Dicke der Diffusionsschicht mindestens 50 μm betragen. It is particularly preferred if the wear protection layer has a comparatively thick diffusion layer. For example, the thickness of the diffusion layer may be at least 50 μm.

Wenn die Verschleißschutzschicht durch Gasnitrocarburieren – z.B. gemäß Variante b – hergestellt ist, wird es besonders bevorzugt, wenn dies in zwei Stufen erfolgt ist, wobei die erste Stufe vergleichsweise niedrige Behandlungstemperatur und vergleichsweise langer Behandlungsdauer aufweist, und wobei die zweite Stufe ein Erhöhen des Kohlenstoffgehalts der Verbindungsschicht durch Zugeben von Kohlenstoffspendern bei vergleichsweise hoher Behandlungstemperatur aufweist. Dadurch wird der Kohlenstoffgehalt der Verbindungsschicht erhöht. Das zweistufige Gasnitrocarburieren ermöglicht gegenüber dem Stand der Technik verringerten Maßänderungen des Bauteils und eine höhere Prozesssicherheit und eine höhere Betriebssicherheit der Zylindertrommel insbesondere bei Bauteilen mit geringen Toleranzen. When the wear-resistant layer is made by gas nitrocarburizing, for example according to variant b, it is particularly preferred if this has been done in two stages, the first stage having comparatively low treatment temperature and comparatively long treatment time, and the second stage increasing the carbon content of the Having bonding layer by adding carbon donors at a relatively high treatment temperature. This increases the carbon content of the tie layer. The two-stage gas nitrocarburizing allows compared to the prior art reduced dimensional changes of the component and a higher process reliability and higher reliability of the Cylinder drum especially for components with small tolerances.

Dabei kann bereits bei der ersten Stufe ein Kohlenstoffspender zugegeben werden. In this case, a carbon donor can be added already in the first stage.

Es wird besonders bevorzugt, wenn anfangs mehr Stickstoff als in einer untersättigten Ofenatmosphäre zugeführt wurde. Damit wird Fleckigkeit der Zylindertrommel durch eine gleichmäßige Schichtausbildung an der gesamten Oberfläche vermieden. It is particularly preferred if initially more nitrogen was supplied than in an undersaturated furnace atmosphere. This avoids mottling of the cylinder drum by a uniform layer formation on the entire surface.

Es wird weiterhin besonders bevorzugt, wenn anschließend weniger Stickstoff als in einer übersättigten Ofenatmosphäre zugeführt wurde. Damit wird ein zu starkes Wachstum der Verbindungsschicht und damit deren Versprödung vermeiden. It is furthermore particularly preferred if subsequently less nitrogen was supplied than in a supersaturated furnace atmosphere. This will prevent excessive growth of the bonding layer and thus its embrittlement.

Ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Zylindertrommel ist in der Zeichnung dargestellt. Anhand der Figuren dieser Zeichnung wird die Erfindung nun näher erläutert. An inventive embodiment of a cylinder drum is shown in the drawing. With reference to the figures of this drawing, the invention will now be explained in more detail.

Es zeigen Show it

1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Zylindertrommel und 1 a longitudinal section through the cylinder drum according to the invention and

2 die Zylindertrommel gemäß 1 in einer Ansicht. 2 the cylinder drum according to 1 in a view.

1 zeigt eine Zylindertrommel 1 des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine in Schrägachsbauweise in einer geschnittenen Darstellung. Sie hat etwa kreiszylindrische Form und rotiert im Betrieb der Axialkolbenmaschine um ihre Längsachse 2. Die Zylindertrommel 1 ist an einer Stirnseite 4 sphärisch geformt und wird mit dieser Stirnseite 4 gegen eine Verteilerscheibe gedrückt. Die andere Stirnseite 6 ist einem Flansch einer Triebwelle zugewendet, wobei die Zylindertrommel 1 – im Falle einer Konstantmaschine – gegenüber diesem Flansch angestellt ist und – im Falle einer Verstellmaschine – mit verschiedenen Winkeln gegenüber diesem Flansch anstellbar ist. 1 shows a cylinder drum 1 of the embodiment of the axial piston machine according to the invention in slant axis construction in a sectional view. It has approximately circular cylindrical shape and rotates during operation of the axial piston machine about its longitudinal axis 2 , The cylinder drum 1 is on a front side 4 spherically shaped and is with this front side 4 pressed against a distributor disc. The other front side 6 is facing a flange of a drive shaft, wherein the cylinder drum 1 - In the case of a constant machine - is employed against this flange and - in the case of an adjusting - with different angles relative to this flange can be adjusted.

2 zeigt eine Ansicht der Stirnseite 6 der Zylindertrommel 1, die dem Flansch beziehungsweise der Welle zugewendet ist. An ihrem Umfang sind gleichmäßig verteilt mehrere Zylinderbohrungen 8 eingebracht, die sich über einen großen Teil der Länge der Zylindertrommel 1 erstrecken. 2 shows a view of the front side 6 the cylinder drum 1 , which is facing the flange or the shaft. At its circumference are evenly distributed several cylinder bores 8th placed over a large part of the length of the cylinder drum 1 extend.

Mit Bezug zur 1 hat jede Zylinderbohrung im Bereich der sphärisch geformten Stirnseite 4 eine Durchgangsbohrung 10, über die die Zylinderbohrung 8 während ihres Umlaufs um die Längsachse 2 abwechselnd mit einer Hochdruckniere und einer Niederdruckniere der Verteilerscheibe verbunden wird. In jeder Zylinderbohrung 8 ist ein Kolben geführt, der an seiner von der Zylindertrommel 1 abgewandten Seite an den Flansch angelenkt ist, wobei durch die Schrägstellung des Flansches die Hubbewegung des Kolbens in der Zylinderbohrung während gemeinsamen Umlaufs erzeugt wird. Damit bildet jeder Kolben mit der Zylindertrommel 1 – genauer gesagt mit der Zylinderbohrung 8 – eine Gleitpaarung. With reference to 1 has every cylinder bore in the area of the spherically shaped end face 4 a through hole 10 over which the cylinder bore 8th during its orbit around the longitudinal axis 2 alternately connected to a high pressure kidney and a low pressure kidney of the distributor disc. In every cylinder bore 8th a piston is guided at its from the cylinder drum 1 side facing away from the flange is hinged, wherein the stroke of the piston in the cylinder bore during common circulation is generated by the oblique position of the flange. Thus each piston forms with the cylinder drum 1 - more precisely with the cylinder bore 8th - a sliding pair.

Erfindungsgemäß wurde die Zylindertrommel 1 gemäß den 1 und 2 nach ihrer Fertigung in einem Ofen mit Gas oder in einem Salzbad nitrocarburiert. Damit wurden insbesondere im Bereich der Mantelfläche der Zylinderbohrung 8 eine Oxidschicht OS, eine darunter liegende Verbindungsschicht VS und eine darunter liegende Diffusionsschicht DS erzeugt, die als Verschleißschutzschicht der Zylinderbohrung 8 dienen. Bei der Variante des Gasnitrocarburierens hat die Verbindungsschicht VS eine Dicke von 5 bis 12 μm, während die darunter liegende Diffusionsschicht DS eine Dicke von mindestens 50 μm aufweist. Dabei kann ein zweistufiges Verfahren angewendet werden, bei dessen ersten Stufe mit vergleichsweise langer Dauer und vergleichsweise niedriger Temperatur von 500 bis 510°C behandelt wurde. Bei der zweiten Stufe wurde der Kohlenstoffgehalt der Verbindungsschicht (VS) durch Zugeben von Kohlenstoffspendern bei vergleichsweise hoher Behandlungstemperatur erhöht. According to the invention, the cylinder drum 1 according to the 1 and 2 nitrocarburized after their production in a furnace with gas or in a salt bath. Thus, in particular in the area of the lateral surface of the cylinder bore 8th an oxide layer OS, an underlying connection layer VS and an underlying diffusion layer DS produced, which serves as wear protection layer of the cylinder bore 8th serve. In the gas nitrocarburizing variant, the bonding layer VS has a thickness of 5 to 12 μm, while the underlying diffusion layer DS has a thickness of at least 50 μm. In this case, a two-stage process can be used, was treated in the first stage with a comparatively long duration and comparatively low temperature of 500 to 510 ° C. In the second stage, the carbon content of the tie layer (VS) was increased by adding carbon donors at a comparatively high treatment temperature.

Offenbart ist eine Zylindertrommel einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine, wobei in der Zylindertrommel mehrere Zylinderbohrungen eingebracht sind, in denen jeweils ein Kolben verschleißintensiv bewegt wird. Die Zylinderbohrungen der Zylindertrommel sind zur Verschleißminimierung im Salzbad oder im Gas nitrocarburiert, wobei eine dünne gleichmäßige Verbindungsschicht mit einer Dicke von 4 bis 16 μm und eine vergleichsweise dicke darunter liegende Diffusionsschicht vorgesehen sind. Disclosed is a cylinder drum of a hydrostatic axial piston machine, wherein in the cylinder drum a plurality of cylinder bores are introduced, in each of which a piston is moved wear-intensive. The cylinder bores of the cylindrical drum are nitrocarburized to minimize wear in the salt bath or in the gas, wherein a thin uniform compound layer with a thickness of 4 to 16 microns and a comparatively thick underlying diffusion layer are provided.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1
Zylindertrommel cylinder drum
2 2
Längsachse longitudinal axis
4 4
Stirnseite front
6 6
Stirnseite front
8 8th
Zylinderbohrung bore
10 10
Durchgangsbohrung Through Hole
DS DS
Diffusionsschicht diffusion layer
OS OS
Oxidschicht oxide
VS VS
Verbindungsschicht link layer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 1122330 B1 [0004] EP 1122330 B1 [0004]
  • EP 1122331 B1 [0004] EP 1122331 B1 [0004]
  • WO 01/42528 A1 [0005] WO 01/42528 A1 [0005]

Claims (10)

Zylindertrommel einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine, die eine Verschleißschutzschicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht durch Nitrocarburieren in einem Salzbad oder durch Gasnitrocarburieren hergestellt ist und eine vergleichsweise dünne duktile Verbindungsschicht (VS) aufweist. Cylinder drum of a hydrostatic axial piston machine having a wear protection layer, characterized in that the wear protection layer is prepared by nitrocarburizing in a salt bath or by gas nitrocarburizing and has a comparatively thin ductile bonding layer (VS). Zylindertrommel nach Anspruch 1, wobei die Verbindungsschicht (VS) eine Dicke von 4 bis 16 μm aufweist.  A cylindrical drum according to claim 1, wherein the bonding layer (VS) has a thickness of 4 to 16 μm. Zylindertrommel nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Verschleißschutzschicht durch Nitrocarburieren in einem Salzbad hergestellt ist, und wobei die Verbindungsschicht (VS) eine Dicke von 10 bis 16 μm aufweist.  A cylindrical drum according to claim 1 or 2, wherein the wear-resistant layer is made by nitrocarburizing in a salt bath, and wherein the bonding layer (VS) has a thickness of 10 to 16 μm. Zylindertrommel nach Anspruch 1 oder 2, wobei Verschleißschutzschicht durch Gasnitrocarburieren hergestellt ist, und wobei die Verbindungsschicht (VS) eine Dicke von 5 bis 12 μm aufweist.  A cylinder barrel according to claim 1 or 2, wherein the wear-resistant layer is made by gas nitrocarburizing, and wherein the bonding layer (VS) has a thickness of 5 to 12 μm. Zylindertrommel nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Verschleißschutzschicht durch Nitrocarburieren in einem Salzbad hergestellt ist, und wobei die Verbindungsschicht (VS) eine Dicke von 4 bis 8 μm aufweist.  A cylinder barrel according to claim 1 or 2, wherein the wear-resistant layer is made by nitrocarburizing in a salt bath, and wherein the bonding layer (VS) has a thickness of 4 to 8 μm. Zylindertrommel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine buchsenlose Schrägscheiben-Zylindertrommel ist.  A cylindrical drum according to any one of the preceding claims, which is a bushingless swash plate cylinder drum. Zylindertrommel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die eine Schrägachsen-Zylindertrommel ist.  A cylinder barrel according to any one of claims 1 to 5, which is a bent axis cylindrical drum. Zylindertrommel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verschleißschutzschicht eine vergleichsweise dicke Diffusionsschicht (DS) aufweist.  Cylinder drum according to one of the preceding claims, wherein the wear protection layer has a comparatively thick diffusion layer (DS). Zylindertrommel nach Anspruch 8, wobei eine Dicke der Diffusionsschicht (DS) mindestens 50 μm beträgt.  A cylindrical drum according to claim 8, wherein a thickness of the diffusion layer (DS) is at least 50 μm. Zylindertrommel nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Verschleißschutzschicht durch Gasnitrocarburieren in zwei Stufen hergestellt ist, wobei die erste Stufe vergleichsweise niedrige Behandlungstemperatur und vergleichsweise langer Behandlungsdauer aufweist, und wobei die zweite Stufe ein Erhöhen des Kohlenstoffgehalts der Verbindungsschicht (VS) durch Zugeben von Kohlenstoffspendern bei vergleichsweise hoher Behandlungstemperatur aufweist.  A cylinder barrel according to claim 8 or 9, wherein the wear-resistant layer is made by gas nitrocarburizing in two stages, the first stage having a comparatively low treatment temperature and a comparatively long treatment time, and wherein the second step contributes to increasing the carbon content of the bonding layer (VS) by adding carbon donors having a comparatively high treatment temperature.
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